PAPER KIMIA FISIKA II
KATALISKU PAHLAWANKU
OLEH :
NIA ERISA
14035083
PENDIDIKAN KIMIA ( C )
DOSEN :
Dr. RAHADIAN Z. M.Si Ph.D
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI PADANG
KATALISKU PAHLAWANKU
A. PENDAHULUAN
Adanya katalis mempermudah hubungan asmara antara dua komponen yang saling berjauhan sehingga penantian yang terjadi antara kedua komponen tersebut tidak berlarut-larut dalam waktu yang lama dan tidak menguras energi yang begitu besar.
B. PENGERTIAN KATALIS
NO merupakan biro jodoh yang handal. Ia mampu menyatukan hubungan cinta 2 insan manusia yang saling mencintai. Suatu hari, teman NO yang bernama So₂ datang kepada NO dan menceritakan mengenai gadis idamannya si O₂. So₂ sudah lama mengagumi O₂ namun ia belum memiliki keberanian untuk mengungkapkannya. Mendengar curahan hati SO₂ si NO merasa prihatin. Suatu hari NO sedang berjalan kaki bersama SO₂, di tengah perjalanan SO₂ melihat O₂ dan memberitahu kepada NO bahwa itulah gadis impiannya, kebetulan O₂ sedang berjalan sendiri. Melihat keadaan ini, NO pun membuat siasat. NO berpura-pura menjadi penjambret yang akan menjambret tas milik O₂ sehingga nanti SO₂ lah yang akan menolong O₂. SO₂ pun menyetujuinya.
NO mulai beraksi, dengan langkah siaga ia mengikuti O₂ dari belakang dan secepat kilat NO mengambil tas O₂ dan lari begitu saja. O₂ berteriak “tolong !!! ada jambret !”. Melihat hal ini, SO₂ langsung mengejar NO dan berpura-pura memukulinya sehingga ia bisa merebut tas milik O₂ untuk dikembalikan pada O₂, dan akhirnya SO₂ berhasil merebut tas itu dari tangan NO sedangkan NO lari entah kemana. Dengan langkah malu-malu, SO₂ pun mengahampiri O₂. Belum pernah dalam hidupnya SO₂ berani mendekati O₂, namun karena bantuan NO, SO₂ merasa percaya diri. Akhirnya SO₂ mengembalikan tas milik O₂ dan berkata “ lain kali hati-hati ya mbak”. O₂ pun berkaca-kaca dan terpana atas kebaikan SO₂ . Sebagai ucapan terima kasih, O₂ pun mengajak SO₂ untuk makan malam bersama.
rumah tangga. So₂ dan O₂ pun kini telah mempunyai seorang anak yang lucu. Anaknya bernama SO₃. Dalam hati SO₂ berkata, “ Semua ini berkat bantuan si NO yang sudah mempercepat kedekatanku dengan O₂. Kalau tidak ada dia mungkin aku tidak akan pernah berani mendekati O₂ dan berinteraksi dengannya, bahkan aku harus mengeluarkan energi yang ekstra agar bisa dekat dengan O₂. Namun adanya bantuan dari NO membuat interaksiku dengan O₂ lebih cepat sehingga aku tidak memerlukan energi yang tinggi dalam menggapai cinta O₂, terima kasih NO”.
Berdasarkan cerita diatas, dapat diketahui bahwa NO merupakan sang katalis yang mempercepat laju reaksi antara SO₂ dan O₂, sehingga SO₂ bisa menjalin hubungan dengan O₂ lebih cepat, tanpa membutuhkan energi aktivasi yang tinggi dan akhirnya mereka berdua menghasilkan keturunan bernama SO₃.
Mekanisme perjalanan cinta SO₂ dan O₂ yaitu :
2SO2(g)+ O2 (g)
→ 2SO3 (g)
C. CARA KERJA KATALIS MEMPERCEPAT LAJU REAKSI
Dalam menyatukan cinta dua insan, katalis tidak bekerja sendiri. Ia memiliki tim yang beranggotakan substrat, katalisator, dan kompleks sehingga terjadi reaksi antara molekul dengan kompleks yang akan menghasilkan produk baru.
Adapun mekanisme perjalan yang ditempuh katalis dalam mempercepat hubungan insan yang ingin bereaksi dapat digambarkan sebagai berikut :
Katalisator + Subtrat ← → Kompleks (zat antara)
Kompleks + Molekul → Produk + Molekul
Agar reaksi dapat berlangsung, maka harus ada ritual terlebih dahulu yang dijalankan oleh insan-insan yang ingin bereaksi tersebut. Adapun ritualnya yaitu :
Ibarat main bola, saat Lionel Messi mendapat kesempatan tendangan bebas, ia harus membidik bola tepat kedalam gawang, jikalau bola meleset, tidak akan terjadi reaksi.
2. Harus mempunyai energi yang cukup
Apabila Lionel Messi membidik bola tepat ke dalam gawang namun dia tidak punya energi yang cukup untuk menendang bola lebih keras, bola juga tidak akan sampai ke dalam gawang. Jadi, Lionel Messi harusmempunyai energi yang cukup agar dapat menendang bola lebih keras.
Jadi, apabila Lionel Messi membidik bola tepat ke dalam gawang dan dengan energi yang tinggi, maka barulah terbentuk reaksi yang menghasilkan produk GOL!!!
Jika energi pengaktifan dari suatu reaksi tinggi, maka pada temperatur normal hanya sebagian kecil tumbukan antarmolekul yang menghasilkan reaksi. Agar reaksi dapat berjalan dengan baik, dibutuhkan katalis. Dengan adanya katalis keduan ritual diatas akan terakomodasi dengan baik. Katalis dapat menjadi “perjalanan baru” bagi insan-insan yang ingin bereaksi agar lebih mudah membentuk produk, yaitu melalui jalan dengan energi aktivasi yang rendah.
Reaksi-reaksi yang dibantu oleh katalis tidak hanya usaha dalam mempersatukan substrat-substrat yang ingin bersatu membentuk produk, tapi juga terdapat usaha-usaha dalam memutuskan hubungan substrat yang terikat sehingga bercerai berai menghaislkan produk baru. Intinya, katalis membantu mempercepat reaksi terbentuknya produk baru dari substrat-substratnya.
D. MACAM-MACAM KATALIS
1. Katalis homogen
Katalis homogen merupakan katalis yang berada dalam fasa yang sama, yang umumnya beraksi dengan satu atau lebih pereaksi untuk membentuk produk akhir reaksi, dalam suatu proses yang memulihkan katalsinya.
a. Katalis homogen berfasa gas, sebagai contoh : Dekomposisi ozon dengan katalisator klorin. Klorin mempunyai pengaruh yang mencolok pada dekomposisi terma homogen ozon, lajun reaksinya mengikuti hukum sebagai berikut.
₃
= k [O₃]½[Cl2] ½
Reaksi komposisi nitrogen oksida dengan gas klor, dengan katalis brom.
2NO + Cl₂ ₂→ 2NOCl
b.Katalis homogen berfasa cair
Ada dua bentuk katalis yang penting, yaitu : (1)Katalis Asam basa
Katalis asam-basa bronsted merupakan transfer ion hidrogen pada substrat
- Proton dipindahkan dari asam ke substrat, kemudian bentuk asam dari substrat bereaksi dengan molekul air
- Bentuk asam dari substrat tidak bereaksi dengan molekul air tetapi dengan basa yang ada dalam larutan.
(2)Katalis Enzim
Enzim merupakan biokatalis dengan struktur protein. Enzim adalah kelompok makromolekul yang mempunyai sifat khusus dalam aktivitas katalitik sehingga dapat berfungsi sebagai katalis dan pengatur suhu.
Reaksi yang menggunakan enzim tidak mengikuti persamaan tetapan laju Arrhenius. Hal ini disebabkan karena jika suhu dinaikkan struktur enzim akan rusak, sehingga sebagian besar enzim tidak aktif pada suhu diatas 60⁰C. Enzim bekerja dengan efisiensi maksimum pada suhu 37⁰C yaitu pada suhu badan atau hewan berdarah panas.
Enzim merupakan katalis untuk reaktan (substrat) tertentu. Enzim bekerja pada pH dan suhu optimumnya, seperti contoh berikut :
- Glukosa isomerase untuk isomerasi glukosa menjadi frutkosa
- Protease untuk penguraian protein
- Urease untuk menguraikan urea
Katalis homogen umumnya bereaksi dengan satu atau lebih pereaksi untuk membentuk suatu perantara kimia yang selanjutnya bereaksi membentuk produk akhir reaksi, dalam suatu proses yang memulihkan katalisnya. Berikut ini merupakan skema umum reaksi katalitik, di mana C melambangkan katalisnya:
A + C → AC (1) B + AC → AB + C (2)
Meskipun katalis (C) termakan oleh reaksi 1, namun selanjutnya dihasilkan kembali oleh reaksi 2, sehingga untuk reaksi keseluruhannya menjadi,
A + B + C → AB + C
2. Katalis heterogen
Katalis heterogen merupakan katalis yang dimana reaktan-reaktan (substrat) yang ingin bereaksi terperangkap untuk sementara sehingga karena terlalu lama terperangkap ikatannya menjadi lemah dan akhirnya memutuskan untuk berpisah sehingga terbentuk produk baru.
Katalis heterogen adalah katalis yang tidak dapat bercampur secara homogen dengan pereaksinya karena wujudnya berbeda.
Contoh Katalis Heterogen :
Katalis berwujud padat, sedang pereaksi berwujud gas.
Ni(s)
C2H4(g) + H2(g) → C2H6(g)
3. Autokatalis
Autokatalis adalah zat hasil reaksi yang bertindak sebagai katalis.
novel merupakan autokatalisator, karena setelah ia berinteraksi (bereaksi) dengan produser ia juga memainkan peran utama dalam film tersebut.
Contoh Autokatalis :
CH3COOH yang dihasilkan dari reaksi metil asetat dengan air merupakan
autokatalis reaksi tersebut.
CH3COOCH3(aq) + H2O(l) → CH3COOH(aq) + CH3OH(aq)
Dengan terbentuknya CH3COOH, reaksi menjadi bertambah cepat.
4. Inhibitor
Inhibitor adalah zat atau senyawa yang kerjanya memperlambat reaksi atau menghentikan reaksi.
Tak selamanya misi katalis berjalan dengan lancar, terkadang ada sosok yang iri karena katalis sangat dekat dengan rekatan sehingga lebih mudah membentuk produk. Jadi, sosok yang merasa iri tersebut berusaha menghalang-halangi agar katalis tidak dapat lagi berhubungan dengan reaktan (substrat) sehingga tidak terjalin hubungan rekatan untuk membentuk produk baru. Sosok yang iri inilah yang dimaksud inhibitor. Adanya kehadiran inhibitor akan memperlambat misi dari katalis. Namun, inhibitor tak selamanya berhasil menghalang-halangi usaha katalis. Inhibitor yang masih bisa bertoleransi terhadap katalis adalah inhibitor kompetitif. Sedangkan inhibitor yang sama sekali tidak dapat diganggu gugat adalah inhibitor nonkompetitif, yang mengakibatkan katalis selamanya tak dapat membantu substrat lagi.
Contoh Inhibitor :
I2 atau CO bersifat inhibitor bagi reaksi:
2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l)
5. Racun katalis
Racun katalis adalah inhibitor yang dalam jumlah sangat sedikit dapat mengurangi atau menghambat kerja katalis.
CO2, CS2, atau H2S merupakan racun katalis pada reaksi:
Pt
2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l)
E. SIFAT-SIFAT KATALIS
1. Katalis tidak mengubah kesetimbangan dan katalis hanya berpengaruh pada sifat kinetik seperti mekanisme reaksi. Jadi sebagus apapun katalis yang digunakan, konversi yang dihasilkan tidak akan melebihi konversi kesetimbangan.
Dalam hal ini, katalis hanya sebagai perantara agar hubungan reaktan-reaktan yang ingin bereaksi dapat berlangsung lebih cepat dan tidak memerlukan ebergi aktivasi yang tinggi. Setelah reaktan-reaktan bersatu dan menjalin hubungan, tugas katalis sebagai perantara keduanya akan pergi dan tidak akan mengganggu hubungan mereka selanjutnya.
2. Katalis juga bersifat spesifik, satu katalis hanya sesuai untuk satu jenis reaksi saja seperti halnya katalis enzim.
Dalam hal ini, katalis menjadi teman paling setia. Seperti kisah si SO₂ dan O₂ tadi, katalis NO selalu setia mendampingi SO₂ untuk dapat berhubungan dengan O₂ sampai akhirnya mereka bersatu membentuk produk SO₃. NO tidak mau meninggalkan SO₂ begitu saja dan tidak ingin mengganti temannya dengan yang lain. Ia hanya ingin berteman dan memberi bantuan kepada SO₂ saja. 3. Komposisi kimia dari katalis tidak berubah pada akhir reaksi.
Karena katalis tidak ingin ikut campur dalam hubungan reaktan-reaktan (substrat) yang telah bersatu membentuk produk, maka katalis tidak mengalami perubahan komposisinya, karena tujuannya ikhlas semata-mata ingin membantu mempercepat reaksi substrat.
4. Katalis yang di perlukan suatu reaksi sangat sedikit.
Hal ini disebabkan untuk merealisasikan suatu hubungan, reaktan tidak memerlukan banyak orang untuk membantu misinya. Cukup satu katalis yang setia membantunya agar dapat dengan cepat bereaksi membentuk produk. Jadi tak perlu banyak katalis, cukup satu namun pasti.
Dalam hal ini katalis yang sudah berhasil mempercepat reaksi-reaksi reaktan tidak akan mengganggu gugat hasil yang diperoleh oleh reaktan setelah bereaksi. Katalis tidak mau tahu apa langkah selanjutnya yang ditempuh reaktan setelah berinteraksi. Dalam diri katalis ia bertekad bahwa ia hanya membantu mempercepat interaksi reaktan membentuk produk baru.
6. Katalis tidak memulai suatu reaksi tetapi mempengaruhi laju reaksi Katalis tidak pernah memulai untuk menawarkan bantuan kepada reaktan –reaktan. Katalis hanya bersedia membantu hubungan reaktan-reaktan jika diminta. Jadi, katalis tidak pernah memulai.
7. Katalis mempunyai kondisi optimum ( suhu dan tekanan tertentu ). Katalis merupakan sosok yang sensitif, ia mudah tersinggung dan mood-nya mudah berubah. Jadi, untuk mendapatkan bantuan katalis, setiap reaktan harus berpandai-pandai menjaga suasana hati katalis. Katalis akan merasa gerah dan emosi jika suasana lingkungannya terlalu panas, sehingga katalis dapat terdenaturasi pada suhu yang tinggi. Jadi, jika reaktan ingin berbincang-bincang dengan katalis, sebaiknya reaktan memilih tempat berbincang yang teduh dan nyaman bagi katalis, yaitu pada lingkungan yang bersuhu 37⁰C. Selain itu katalis juga akan merasa nyaman pada pH 7, karena katalis tidak menyukai suasana yang begitu asam begitu juga yang begitu basa. Jadi katalis sangat ingin berada di zona nyamannya.
8. Katalis dapat diracuni oleh suatu zat dalam jumlah yang sangat sedikit.
Dalam menjalankan misi dan tugasnya mempercepat reaksi, katalis memiliki musuh yang berusaha menurunkan mutu kinerjanya. Inilah yang dimaksud racun katalis yaitu inhibitor. Dengan penambahan sedikit saja racun katalis, katalis akan teracuni sehingga mutu kinerjanya menurun.
F. KELEMAHAN KATALIS
Problem pemisahan katalis dari zat pereaksi atau produk lebih sering ditemui pada sistem katalis homogen. Karena katalis homogen larut dalam campuran, ibaratnya dalam suatu hubungan antara dua reaktan yang saling mencintai, apabila katalis sudah ikut campur dalam membantu hubungannya terkadang timbul masalah yang akan berdampak pada kelangsungan hubungan reaktan-reaktan tesebut.
Pemisahan tidak cukup dilakukan dengan penyaringan atau dekantasi. Teknik yang umum digunakan adalah destilasi atau ekstraksi produk dari campuran, misalnya katalis asam-basa pada reaksi esterifikasi biodiesel dipisahkan dengan ekstraksi untuk kemudian campuran sisa reaktan-katalis yang tertinggal dialirkan lagi menuju bejana reaksi. Namun demikian, ada beberapa katalis istimewa dari senyawa komplek logam yang didesain sedemikian rupa sehingga bisa terpisah atau mengendap setelah reaksi tuntas. Kasus pemisahan untuk katalis heterogen lebih mudah ditanggulangi karena sudah terpisah dengan sendirinya tanpa membutuhkan usaha lain.
Daur ulang dan usia katalis memiliki kaitan. Selama bisa dipisahkan, katalis homogen boleh dikatakan tetap aktif dan memiliki usia yang sangat panjang bahkan nyaris tak terhingga dan bisa digunakan berulang-ulang. Nyawa katalis homogen mungkin tamat jika mengalami deaktifasi akibat teracuni atau perubahan struktur akibat proses ektrim. Katalis heterogen memiliki takdir berbeda. Sering kali katalis heterogen harus diaktifasi dulu sebelum siap digunakan, misalnya dengan jalan direduksi atau dioksidasi. Setelah mengalami proses reaksi berkali-kali, kereaktifan katalis tersebut pelan-pelan menurun akibat perubahan mikrostruktur maupun kimianya, misal terjadi penggumpalan (clustering), migrasi partikel aktif membentuk kristal baru (sintering), oksidasi, karbonisasi, maupun teracuni (poisoned). Untuk mengembalikan reaktifitas katalis heterogen perlu dilakukan regenerasi dengan cara, misalnya kalsinasi, reduksi-oksidasi kembali, atau pencucian dengan larutan aktif. Seringkali proses regenerasi tidak dapat mengembalikan 100% kereaktifan katalis sehingga pada saatnya nanti katalis tersebut akhirnya mati juga dan perlu diganti yang baru.
Kesimpulannya, katalis sangat berjasa dalam mempercepat reaksi rekatan-reaktan untuk membentuk produk baru dengan menurunkan energi aktivasi. Jadi, katalis merupakan pahlawan bagi reaktan-reaktannya untuk menghasilkan produk baru.
